8.2 俄歇电子能谱分析

《8.2 俄歇电子能谱分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、8.2.1概述俄歇电子：•当具有足够能量的粒子(光子、电子或离子)与一个原8.2俄歇电子能谱分析子相撞时，原子内层轨道上的电子被激发出后，在原子的内层轨道上产生一个空位，形成了激发态正离子。•该激发态正离子的能量较高，不稳定，其恢复到基陈德良态的过程之一是外层电子填充到内层空位，同时有一外层电子发射出去，该电子称为俄歇电子(AES)。郑州大学8.2.2俄歇过程理论¾AES具有很高的表面灵敏度，其检测极限约为10-3原子(1)俄歇电子的能量俄歇电子通常用参与俄歇过程的三个能级来命名，如单层，其采样深度为1～2nm，比XPS还要浅，更适合表KL1L3，K代表初态空位所在

2、的能级，L1代表该能级上面元素分析，同样也可应用于表面元素价态的研究。的电子填充初态空位，L3表示该能级上的电子作为俄歇¾配合离子束剥离技术，AES还具有很强的深度分析和电子发射出去。截面分析能力，常用来进行薄膜材料的深度剖析和界面俄歇跃迁有KLL、LMM、分析。MNN等系列，相应于不同的始态和终态，每个系列都有多种¾AES还可以用来进行微区分析，且由于电子束斑非常俄歇跃迁。小，具有很高的空间分辨率，可进行线扫描分析和面分布分析。如KLL系列：KL1L1，¾AES方法在材料、机械、微电子等领域得到广泛的应KL1L2，KL1L3，KL2L2，用，尤其是在纳米薄膜材料领

3、域。KLL俄歇电子产生的过程KL2L3，KL3L3六根俄歇谱线。13（2）内壳层产生空位俄歇过程涉及三个能级：初始空位、填充电子和跃迁用电离截面（Qw）来表示原子与外来粒子相互作用时电子各自所在的能级。发生电子跃迁产生空穴的几率。可以根据参与俄歇过程的能级的结合能计算出不同元素的各俄歇电子能量。设原子的原子序数为Z，以KL1L2为例：式中，Qw为电离截面，cm2；Ew为W能级电子的电离能，eV；Ep为入射电子的能量，eV；U=Ep/Ew；aw，bw为常数；U为激发能与电离能之比。从右图中可见，当U为2.72.7实际工作中可使用俄歇手册，查找每一种元素的标准俄时，电离

4、截面可以达到最歇谱图，图上标明了主要俄歇电子的能量，根据标准谱大值，可获得最大的俄歇图中特征峰的能量确定待测样品中元素种类。电子能量。1(3)发生俄歇跃迁电离原子的去激发，有两种不同的方式：•一种是电子填充内层空位，辐射特征X射线的过程，称为荧光过程；俄歇几率•另一种便是俄歇过程。记发生荧光过程的几率为Px，发生俄歇过程的几率为Pa，则P+P=1xa荧光几率E.H.S.Burhop给出了Px半经验公式:式中Z是原子序数，而A,B,C都是常数。由图可见，Z<19，Pa在90％以上；Z=33，Px＝Pa。（4）俄歇电子从产生处传输到表面，从固体表面逸出•如果俄歇电子沿着

5、固体表面法线成θ角并指向固体外部的方向传输，则超过3λcosθ处产生的俄歇电子，就不能能量俄歇电子从产生处向表面输运，可能会遭到弹性散射或非无损地到达表面然后逸出。弹性散射，方向会发生变化，如果是非弹性碰撞，能量会•实际上λ非常小，大约在0.3~2nm之间，因此俄歇能谱受到损失。俄歇电子如果能量受到损失，便会失去所携带仪可进行表面分析。的元素特征信息而成为背底。用来进行表面分析的俄歇电子，应当是能量无损地输运到表面的电子，因而只能是在很浅处产生，这就是俄歇谱擅长表面分析的原因。设有N个俄歇电子，在固体中经过dz距离，损失了dN个，λ为非弹性散射“平均自由程”，则有：

6、−zN=Neλ0俄歇电子在固体材料中传输按指数衰减的规律，经过3λ，便只剩下5％，粗略地可以认为全部都被衰减掉了。8.2.3.1初级探针系统8.2.3俄歇电子谱仪俄歇电子能谱仪所用的信号电子激发源是电子束。真空系统电子光学系统的作用是为能谱分析提供电子源，主要由电初级电子探针系统子激发源(热阴极电子枪)、电子束聚焦(电磁透镜)和偏转俄歇电子系统(偏转线圈)组成。电子能量分析器谱仪样品室电子光学系统的主要指标是入射电子束能量、束流强度与信号测量系统及在束直径三个指标。线计算机俄歇电子谱仪的基本结构28.2.3.2能量分析器及信号检测系统筒镜分析器的工作原理：俄歇信号强

7、度大约是初级电子强度的万分之一；¾分析器的主体是两个同心的圆筒，样品和内筒同时接AES的能量分析系统必须选择信噪比高的筒镜分析器。地，在外筒上施加一个负的偏转电压，内筒上开有圆环状的电子入口和出口，激发电子枪放在镜筒分析器的内腔中(也可以放在镜筒分析器外)。¾由样品上发射的具有一定能量的电子从入口位置进入两圆筒夹层，因外筒加有偏转电压，最后使电子从出口进入检测器。¾若连续地改变外筒上的偏转电压，就可在检测器上依次接收到具有不同能量的俄歇电子，从能量分析器输出的电子经电子倍增器、前置放大器后进入脉冲计数器，最后由X-Y记录仪或荧光屏显示俄歇谱，即俄歇电子数目N随电